Was wissen wir über Physik und das Universum
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Gregor schrieb:
Woher weiß man eigentlich, wo wie viel dunkle Materie ist? Kriegt man das über Messungen? Also, um es mal anders auszudrücken: Stellt man über Messungen fest, wie viel dunkle Materie in einem Gebiet sein muss, damit ein konsistentes Bild für die ART entsteht? Oder hat man eine Theorie, die das gut vorhersagt? Und wenn man eine Theorie hat: Wie kann man eine Theorie davon haben, wenn man eigentlich gar nicht weiß, was dunkle Materie ist?
Zuerst viel die DM auf, als man einen Galaxiehaufen beobachtete. Die Masse der Galaxien war zu gering und die Geschwindigkeit der einzelnen Galaxie war zu hoch als das das alles nur mit der beobachtbaren Masse zusammenhalten könnte.
Später hat man das auch in einzelnen Galaxien und Galaxiesuperhaufen entdeckt. Überall musste mehr Masse sein als man tatsächlich sehen konnte, um deren Verhalten erklären zu können.Mittlerweile konnte man sie auch anderweitig belegen. Zum Beispiel krümmt Masse ja den Raum. Es entsteht eine Gravitationslinse. So ist zum Beispiel dieses Bild eines Galaxiehaufens entstanden (oder auch das hier), dass dessen Masseverteilung zeigt. Und wenn man dann in den anderen Spektren nachsieht und nirgends etwas sieht, dann ist das DM. (Staub würde zwar auch recht erfolgreich sichtbares Licht abblocken, aber aufgrund der Sternentstehungsprozesse im inneren Wärme abstrahlen)
Und es ist ja nicht ein wenig mehr Masse, die man annimmt und vll durch Rechenfehler begründet werden könnte. Man geht davon aus, dass der großteil der Masse im Universum in der DM steckt
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@zwutz: Was Du da beschreibst, ist Fitting, aber nicht Vorhersage. Im Prinzip brauchst Du mehrere Experimente bzw. Effekte, die Du beobachtest. Du musst Effekt A nutzen, um zu bestimmen, wie viel dunkle Materie in einem Gebiet wie verteilt ist und dann machst Du auf dieser Grundlage Vorhersagen fuer die Effekte B (und vielleicht auch C und D). Es kann sein, dass das einfach noch nicht bei mir angekommen ist, aber ich habe von derartigen Vorhersagen mit dunkler Materie noch nichts gehoert. In den Meldungen, die man zur dunklen Materie liest, hoert es sich meistens so an, dass man einen Effekt sieht und dann sagt, dass der sehr gut verstaendlich ist, wenn man vom Vorhandensein von dunkler Materie ausgeht. Naja, vielleicht lese ich auch zu einseitig Artikel, die in die andere Richtung gehen, weiss nicht.
In letzter Zeit habe ich auf irgendwelchen Science-News-Seiten vor allem gelesen, dass Vorhersagen bezueglich der Menge an dunkler Materie in einem gegebenen Gebiet nicht passen. Zum Beispiel:
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/10/111017124344.htm
Our measurements contradict a basic prediction about the structure of cold dark matter in dwarf galaxies. Unless or until theorists can modify that prediction, cold dark matter is inconsistent with our observational data
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120809090423.htm
Astronomers at the University of Zürich and the ETH Zürich, together with other international researchers, have found large amounts of invisible "dark matter" near the Sun. Their results are inconsistent with the theory that the Milky Way Galaxy is surrounded by a massive "halo" of dark matter
[...]
For decades after Oort's measurement, studies found 3-6 times more dark matter than expected. Then last year new data and a new method claimed far less than expected.
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120425094352.htm
Astronomers from the University of Bonn in Germany have discovered a vast structure of satellite galaxies and clusters of stars surrounding our Galaxy, stretching out across a million light years. The work challenges the existence of dark matter, part of the standard model for the evolution of the universe.
[...]
The various dark matter models struggle to explain this arrangement.
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120418111923.htm
The most accurate study so far of the motions of stars in the Milky Way has found no evidence for dark matter in a large volume around the Sun.
(Ok, bezueglich der letzten Arbeit wurde AFAIK im Nachhinein gesagt, dass Fehler gemacht wurden.)
Zumindest hoert man durchaus haeufiger von Inkonsistenzen die im Zusammenhang mit dunkler Materie existieren. Im Prinzip ist es klar, dass es Inkonsistenzen geben muss. Schliesslich handelt es sich um eine Forschungsfront, also um ein Gebiet, in dem man noch nicht alles weiss und somit auch noch nicht alles umfassend erklaeren kann. Aber irgendwie hat das fuer einen naiven, externen Beobachter einen schlechten Beigeschmack: Man fragt sich, wie inkonsistent die Beobachtungen zur dunklen Materie insgesamt eigentlich sind und wie viel man in dem Bereich wirklich weiss.
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Klar gibt es Inkonsistenzen. Die Dunkle Materie erforscht man ja noch und es werden immer wieder neue Entdeckungen gemacht, die zu einer Anpassung führen, wie du ja selbst sagst. Gerade die Bonner Studie hat sich aber etwas zu viel aus ihrer Entdeckung gemacht und gleich davon geredet, dass die DM widerlegt sei, was natürlich nicht stimmt. Nur weil das aktuelle Modell nicht passt ist nicht gleich die Theorie widerlegt. Dafür erklärt sie die Beobachtungen zu gut.
Und der Gravitationslinseneffekt ist für etwas, dass man nicht sehen kann, ein recht direkter Nachweis. Auch schwarze Löcher kann man nur so entdecken (bzw. konnte, mittlerweile hat man glaub ich auch andere Wege gefunden)
Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass das aktuelle Gravitationsmodell keine Fehler mehr enthält und für einige Unstimmigkeiten sorgt. Aber derzeit geht man eher davon aus, dass selbst wenn, die DM trotzdem noch ihre Berechtigung hat.
Derzeit versucht man auch, DM innerhalb von Sternen mit Hilfe von Astroseismologie nachzuweisen (wenn es DM gibt, dann auch innerhalb von Sternen, wo sie ein etwas anderes Verhalten verursachen würde als man ohne sie erwartet). Zumindest die theoretische Grundlage dazu hat man schon geschaffen
Ein andere Nachweis ist auch, dass sich die DM-Partikel auslöschen, wenn sie sich treffen, und dabei beobachtbare Strahlung abgeben.
Und zu guter Letzt versucht man den Nachweis in Partikeldetektoren. Einer, der speziell auf WIMPs ausgelegt ist, hat 2009 auch ein paar interessante Daten gefunden (http://derstandard.at/1259282281775/Dunkle-Materie-gefunden)
Oh und zu guter Letzt:
http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2012/02/die-dunkle-materie-ist-keine-erfindung.php
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Was ich nicht ganz verstehe: wie kann man sich einerseits sicher sein die Entfernung, Geschwindigkeit und baryonische Materie von Galaxien mit den bestehenden Modellen genau abschätzen zu können, auf der anderen Seite aber zugeben dass berechtete Masse bestimmter Galaxien nicht mit den beobachtbaren Effekten zusammenstimmt?
Ich meine hallo, es ist ja wohl keiner hingefahren und hat alle Baryonen in der Galaxie dort gezählt/gewogen, und dann gesagt "ja, kommt gut hin".
Wenn nun die beobachtbaren Effekte der Gesamtmasse nicht mit der angeblich korrekt berechneten baryonische Materie zusammenstimmen...?
Also normalerweise würde man dann einfach sagen "na, ham wir irgendwo Mist berechnet". Aber nö, postulieren wir lieber ne dunkle Materie, weil das ist kuhler.Also kurz: wieso "muss" man davon ausgehen dass die baryonische Materie korrekt bestimmt wurde? Lässt sich das für einen Laien verständlich erklären?
Nochmal anders gesagt: wieso "muss" die "dunkle" Materie nicht-baryonisch sein? Wie kann man das einfach so behaupten?
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@Gregor: Das erste Paper kenne ich nicht, das zweite sagt mehr DM voraus als erwartet, aber weicht nur um 2 sigma ab, also kein Problem. Das vierte war nachweislich fehlerhaft.
Die fehlenden Dwarf Galaxies stellen derzeit wohl ein kleines Problem dar, aber ich kenne mich in Galaxienformierungen nicht so gut aus. Nichtsdestotrotz ist DM die beste Erklärung für alle Beobachtungen. Und ich möchte bemerken, dass selbst MOND, die derzeit beliebteste alternative Erklärung für DM, immernoch DM braucht! (Allerdings die heiße Variante, also irgendein schweres Neutrino.)
Und so Dinge wie der Bullet Cluster, der wie zwutz sagte mit Hilfe des Gravitationslinseneffekts untersucht wurde, stellen doch sehr offensichtlich die "smoking gun" der Dunklen Materie dar.
Bezüglich deiner Bemerkung, dass man WIMPs noch nicht produziert hat... ich würde sagen, man hat sie noch nicht nachgewiesen. Neben dem LHC gibt es ja eh so einige Experimente, die speziell zur DM Detektion gebaut wurden. Einfach mal abwarten!
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hustbaer schrieb:
Was ich nicht ganz verstehe: wie kann man sich einerseits sicher sein die Entfernung, Geschwindigkeit und baryonische Materie von Galaxien mit den bestehenden Modellen genau abschätzen zu können, auf der anderen Seite aber zugeben dass berechtete Masse bestimmter Galaxien nicht mit den beobachtbaren Effekten zusammenstimmt?
Ich meine hallo, es ist ja wohl keiner hingefahren und hat alle Baryonen in der Galaxie dort gezählt/gewogen, und dann gesagt "ja, kommt gut hin".
Wenn nun die beobachtbaren Effekte der Gesamtmasse nicht mit der angeblich korrekt berechneten baryonische Materie zusammenstimmen...?
Also normalerweise würde man dann einfach sagen "na, ham wir irgendwo Mist berechnet". Aber nö, postulieren wir lieber ne dunkle Materie, weil das ist kuhler.Also kurz: wieso "muss" man davon ausgehen dass die baryonische Materie korrekt bestimmt wurde? Lässt sich das für einen Laien verständlich erklären?
Nochmal anders gesagt: wieso "muss" die "dunkle" Materie nicht-baryonisch sein? Wie kann man das einfach so behaupten?
Keine Angst, ganz so einfach machen wir es uns nicht. Astrophysiker sind größenteils nicht vollkommene Dilettanten, auch wenn es manchmal so scheint, dass das das ist, was die Leute glauben.
Die Diskrepanz zwischen dunkler und baryonischer Materie existiert auf mindestens drei Skalen: Global, denn die großskalige Struktur sowie die Geometrie des Universums hängen sowohl vom Anteil der baryonischen als auch der dunklen Materie ab. Dann auf Clusterskalen, und auf Galaxienskalen. Im ersten Fall misst man beide Anteile indem man das power spectrum der Anisotropien der kosmischen Hintergundstrahlung analysiert. Im zweiten Fall verwendet man Röntgenteleskope um die Rotverschiebung von Galaxien in Clustern zu messen, und im dritten Fall misst man die Rotationsgeschwindigkeit von Galaxien. Zudem kann man Gravitationslinsenn verwenden, die nur von der totalen Masse abhängen. Dann sieht man, dass das Licht durch gekrümmten Raum verzerrt wird, obwohl man da keine Galaxy oder sonst irgendeine baryonische Materie sieht. Durch die Leuchtkraft dieser Objekte kriegt man die nur baryonische Masse. Da kommt viel Theorie der Sternentstehung und Galaxienenstehung ins Spiel.
Daneben gibt es noch mehr, noch technischere Belege. (Nochmal, besonders Eindrucksvoll der Bullet Cluster. Im meinem APOD link von oben gibt es auch eine halbwegs verständliche Erklärung.)
Und diese Woche wurde ein Paper veröffentlicht, in dem DM in der Nachbarschaft des Sonnensystems nachgewiesen wurde (von Gregor verlinkt). Also nochmal eine andere Skala.
Schon komisch dass all diese grundverschiedenen Phänomene genau so aussehen, als gäbe es etwa 5 mal mehr dunkle Materia als baryonische Materie, oder nicht?
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Mr.Fister schrieb:
Bezüglich deiner Bemerkung, dass man WIMPs noch nicht produziert hat... ich würde sagen, man hat sie noch nicht nachgewiesen. Neben dem LHC gibt es ja eh so einige Experimente, die speziell zur DM Detektion gebaut wurden. Einfach mal abwarten!
Ich bin mal gespannt, was da kommt. Wir leben auf jeden Fall in einer unglaublich interessanten Zeit.
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Ich glaube das Stichworte "Quanten", "Quarks" sagt schon alles über die Umfrage aus (wenn das schon gefallen ist tut es mir Leid, habe den Topic nicht gelesen, nur einige Beiträge am Anfang)
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Cyres schrieb:
Ich glaube das Stichworte "Quanten", "Quarks" sagt schon alles über die Umfrage aus (wenn das schon gefallen ist tut es mir Leid, habe den Topic nicht gelesen, nur einige Beiträge am Anfang)
Was haben Quanten und Quarks jetzt damit zu tun?
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Mr.Fister schrieb:
Keine Angst, ganz so einfach machen wir es uns nicht. Astrophysiker sind größenteils nicht vollkommene Dilettanten, auch wenn es manchmal so scheint, dass das das ist, was die Leute glauben.
Ich glaube auch nicht wirklich dass die Astrophysiker alles Dilettanten sind. Vermutlich nicht mal viele
Es ist nur so, dass ich als Laie bisher keine Erklärung gelesen hätte aus der für mich irgendwie verständlich hervorgegangen wäre wieso der Fehler nicht wo anders liegen kann.
Die ganzen Erklärungen die ich bisher gelesen habe laufen nach dem Motto "weil B nicht zu A passt muss B falsch (unvollständig) sein". Und diese Aussage alleine ist halt nicht schlüssig, um nicht zu sagen vollkommener Quatsch. Ein Schuh wird erst draus, wenn man gute Gründe dafür hat anzunehmen dass A einfach richtig sein muss.
Konkretes Beispiel: Rotationsgeschwindigkeit von Galaxien. Die beobachtete (wobei ich mich hier schon wieder frage: wie beobachtet man die denn?) Rotationsgeschwindigkeit passt also nach der aktuell als Standard akzeptierten Theorie der Gravitation nicht zu der Masse. OK. Nur wie misst man die Masse? Einfach nach
Masse = Helligkeit * K(bzw. das Integral überHelligkeit(lambda) * K(lambda)oder sowas in der Art)? Wie kommt man dann auf K? Und warum kann nicht einfach K falsch sein? Bzw. warum kann man überhaupt annehmen die Menge der baryonischen Masse einer Galaxie alleine aus ihrer Leuchtkraft berechnen zu können?In dem Zusammenhang finde ich dann immer nur Listen von Dingen die ausgeschlossen werden. Gas geht nicht weil ... Staub geht nicht weil ... grosse dicke gerade-noch-nicht-leuchtende Sterne gehen nicht weil wir einfach nicht glauben dass es genug davon gibt (warum man nicht glaubt dass es genug davon gibt steht dann aber nicht dabei). Und es geht mir irgendwie eine Kategorie ab: alles was grösser als ein Staubkorn ist aber weniger gross als brauner Zwerg. Ich als Laie wüsste jetzt keinen Grund warum es davon nicht massig viel geben sollte. Wenn es massig viele grosse dicke und kleine weniger dicke Sterne gibt, wieso soll es dann icht auch massig viele Brummer geben die noch nicht dick genug sind um zu leuchten?
Kurz gesagt: für mich als Laien klingen diese Beschreibungen immer so wie "wir haben da echt drüber nachgedacht, und sonst kommt einfach nix in frage, ganz ehrlich, ehrenwort". Und das ist einfach ein wenig wenig, wenn man die Sache irgendwie gerne selbst nachvollziehen können würde.
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Ich glaube ja gerne dass die Astrophysiker gute Gründe haben das anzunehmen was sie eben annehmen, nur mich würden diese Gründe interessieren
Wobei mir auch klar ist dass bestimmte Dinge schnell so kompliziert werden dass man kaum eine Chance hat es als Laie noch nachvollziehen zu können, selbst wenn sich ein Experte richtig mühe gibt es für doofe zu erklären.
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Ich hab' mir deinen APOD Link angesehen. Da werden leider auch nur Sachen postuliert, ohne weitere Erklärung.
Hab dann aber mal weiter auf Links geklickt und das hier gefunden: http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html
So wie das da unter "Another Probe of Dark Matter" und "Candidates for the Dark Matter" beschrieben steht kann ich 'was damit anfangen. Sinngemäss: es fehlt da was, und zwar viel, aber was das ist wissen wir nicht, die Kandidaten sind ... mal sehen was wir noch rausbekommen.
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MrBurns schrieb:
Was wissen wir über die Physik die unser Universum beschreibt? Wie weit sind wir mit unseren Forschungen über die Vorgänge die unser Universum beschreiben und wie lange brauchen wir noch bis wir alles verstehen, was wir verstehen können?
Man kann sich also zum Ziel machen: die Physik des Universums zu verstehen, okay.
Selbst wenn das Ziel irgendwann mal erreicht sein sollte, wenn wir also irgendwann mal über die Physik, die unser Universum beschreibt, alles wissen sollten, was dann?Würde man sich dann anfangen zu fragen, warum ist das Universum überhaupt da?
Wie ist es entstanden?
Oder, würde man vielleicht schneller zum Ziel kommen wenn man denjenigen fragen könnte, der das alles verbockt hat?
Die Frage aller Fragen ist für mich ( das ist bisher die beste Frage, die ich bisher gehört habe ):
Warum ist überhaupt etwas da?
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CJosef schrieb:
Die Frage aller Fragen ist für mich ( das ist bisher die beste Frage, die ich bisher gehört habe ):
Warum ist überhaupt etwas da?
Diese Frage liegt prinzipiell außerhalb unserer Erkenntnismöglichkeiten und lässt sich damit niemals mit naturwissenschaftlichen Mitteln objektiv beantworten.
Entweder man lebt damit oder holt sich eine der beliebigen 'Antworten' aus dem Bereich der Esoterik / Religion ab.
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Ich kann folgenden Artikel empfehlen, der recht gut die Probleme beschreibt, die dazu geführt haben, dass man die DM angenommen hat. Da wird auch angeschnitten, wie man die Masse bestimmt
Als Himmelsmechaniker versteht der Autor von der Sache dann doch ein wenig mehr als ich
Zur Masse direkt nochmal:
"Aber woher weiß man, welche Masse die einzelnen Sterne, das Gas dazwischen und die evtl. Planeten (die man ja noch nicht sieht) haben? Von welchen Toleranzen geht man aus? "
Naja - aufs Kilogramm genau wird man die Masse nicht bestimmen können
Was da an Planeten rumschwirrt kann man beispielsweise mehr oder weniger ignorieren; das spielt massemäßig keine wirklich Rolle. In unserem Sonnensystem stellt die Sonne ja auch 99% der Gesamtmasse; das ist anderswo nicht anders. Und ansonsten setzt man sich natürlich nicht hin und zählt die Sterne einzeln ab (kann man ja auch meist nicht auflösen) sondern benutzt diverse Beziehungen zwischen Galaxienhelligkeit und Masse die man aus Sternentstehungsmodellen bzw. genaueren Beobachtungen naher Galaxien gewonnen hat.
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Hier mal eine Frage an die Teilchenphysiker unter uns...
Es wurde ja jetzt das Higgs-Teilchen gefunden und in absehbarer Zukunft werden die Eigenschaften dieses Teilchens bestimmt relativ genau bestimmt werden. Jetzt ist es ja so, dass der Higgs-Mechanismus den Teilchen Masse gibt. Sollte ein besseres Verständnis des Higgs dann nicht auch ein größeres Verständnis der Gravitation nach sich ziehen? Ich meine, bei der Gravitation geht es schließlich um Masse. Wenn wir besser verstehen, was Masse ist, dann sollte uns das doch auch bezüglich dieses anderen Aspekts weiterbringen. Oder ist das nicht möglich, da die ART einfach eine Beschreibung auf einer völlig anderen Ebene ist?
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Zuerst einmal wurde das Higgs nicht gefunden. Es gibt einen ganzen Strauß von Theorien die Higgs-ähnliche Teilchen vorhersagen. Das Standardmodell ist ja nicht der einzige Bereich der erforscht wurde. Es werden also in den nächsten Jahren andere Experimente durchgeführt, um die anderen Theorien auszuschließen.
Und selbst (und insbesondere) wenn es das Higgs-Teilchen ist, hat sich dadurch das Wissen über die Gravitation nicht schlagartig vergrößert. Die Teilchenphysiker rechnen ja schon seit 50(? 30?) Jahren mit diesem Teilchen. Das Wissen über die Gravitation würde sich erst ändern, wenn das Higgs Eigenschaften hätte, die die Theorien nicht vorhersagen. Naja, und dann ist es nicht das Higgs.
Das ist das Blöde am Higgs, wir lernen nur dazu, wenn die Teilchenphysiker all die Jahre falsch lagen. Im besten Fall wird es zu einer Verkleinerung des Theorienstraußes führen.
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Es sind nicht alle Eigenschaften des Higgs-Teilchens im Vorfeld bekannt gewesen. Das geht ja schon mit der Energie des Teilchens los, für die man nur ein großes Intervall angeben konnte, das dann immer weiter eingeschränkt wurde. ...durch die Experimente.
